埃菲尔铁塔是巴黎和法国的代表，可谓是众所周知。那它为什么是这一样子呢？只是是由于好看吗？那为何这一样子就漂亮呢？

撇开其他要素，只是从工程项目视角考虑，为何并不是这类直筒型矩形框呢？当时埃菲尔是怎么考虑到的呢？

针对结构设计师们而言，或许一句“它是风载荷的轴力图的样子”就可以了。但它是知乎问答，我的目地也是科谱，因此我不想做那样的回应。使我们从中小学当然现在开始！

也许是虚构，也许是确有其事，总而言之，大家都了解阿基米德教师以前说过，“给我一个支撑点，我可以撬起地球”。

依据杠杆作用，针对传动轴点力矩平衡，假定地球的净重是50，地球那一端的杆杠长度是1，阿基米德这一端的长度是10，50乘1除10相当于5，那麼阿基米德只必须5的力就可以撬起地球。大家把这个力与转动轴心中间的安全距离称为力臂，也就是在图中中，地球的力臂是1，阿基米德的力臂是10。阿基米德这里的力臂越长，需要的力就越低，假如力臂是500，那必须的力变成了50乘1除500相当于0.1。

大破冲霄楼，大家把眼光放进工程建筑上，假定是我图中那么一个工程建筑，最上边释放一个水准力。大家都是有推翻物品的工作经验，一个纸盒子，一推就倒。那为何涂黑影的全部三层不容易绕着右下方乱倒呢？非常简单，由于二层左侧的柱子把它给拉着了。依照大家刚刚的绕旋转中心力矩平衡，外界释放的水准力是1，力臂L是10，柱子把黑影一部分拉着的力臂d是5，那麼柱子的抗拉力便是1乘10除5相当于2。

一样的大道理，三层加二层合起來的黑影一部分也是有很有可能被推翻，全部这双层被一层左侧的柱子给拉着了，此刻柱子抗拉力的力臂d還是5，可是水准力的力臂L变成了20，柱子的抗拉力就变成了1乘20除5相当于4。全部三层楼加起來也是有很有可能被推翻，只不过是，基本的抗拉力把全部三层楼拉着了，这个时候，外界水准力的力臂L变成了30，基本的抗拉力相对的变成了6。

另外，大家也注意到，这种黑影一部分不仅有可能以右下方为驱动轴往上旋转从而乱倒，也有很有可能以左下方为驱动轴往下旋转。往往沒有这般，是由于被右侧的柱子给抵住了。这一柱子的力多少钱呢？跟刚刚一样，力臂是5，尺寸是1乘10除5相当于2。针对一层、基本，一样也是这般，右侧的柱子要抵住自身上边的一部分，受力尺寸跟左侧的抗拉力一样，分别是4和6。

换句话说，大家最后获得了这一結果。为了更好地抵御屋顶的这一尺寸为1的水准力，左侧的柱子要把自己上边的一部分“拉住”，右侧的柱子要把自己上边的一部分“抵住”，各层柱子受力的尺寸从上向下承线形增长，分别是2、4、6。这就代表着，最下边的柱子要比最上边的柱子牢固3倍，要不变宽，要不用更强的原材料，总而言之，底端柱子必须担负3倍的顶端柱子的受力。这也代表着，底端柱子的工程造价类似是高层的3倍。

那假如我不愿意多花这种钱呢？有哪些方法让底端柱子受力和顶端柱子类似呢？

大家再想一下柱子受力的尺寸是怎么来的？水准力1乘于水准力的力臂L除于柱子的力臂d，d从上向下全是5，L从上向下从10提升到30，因此柱子的受力从2提升到6。外界水准力1是毫无疑问不容易变的，L从上向下无论怎样变全是10提升到30，那假如变化d呢？假如我将最下边的宽度d从5提升到15，柱子的受力就变成了1乘30除15相当于2。看，不会再必须能承担6的柱子了，从上升小都能够用受力工作能力为2的柱子，只需大家逐级更改d的标值。

简易说，为了更好地抵挡屋顶的这一水准力，针对每一个楼房，柱子受力的尺寸跟楼房的宽度d的相乘是一个时间常数。从上向下，假如d不会改变，那柱子的受力便会慢慢增大，相反，我要柱子的受力不会改变，那只必须慢慢提升宽度d的标值。例如针对L为20的那一层，左侧是受力4乘于宽度5相当于20，右侧是受力2乘于宽度10也相当于20；针对最下边，左侧是6乘5相当于30，右侧是2乘15也相当于30。实际效果没变，可是提升了宽度，减少了受力。

见到这儿，各位朋友可能早已懂了埃菲尔铁塔的基本原理。那大家就把眼光看向埃菲尔铁塔，假定我有一个跟埃菲尔铁塔一样高的建筑立面矩形框的塔，这一塔承担的不会再是简易的最顶部为1的水准力，只是一系列风载荷的水准力。大家都了解，越高的地区风越大，大家类似越重优势载荷越大，也就是楼房处的平衡力越大。

大家假定风载荷是那样的，最下边是1，最上边是19，正中间慢慢转变，尽管不精确，可是能够那样大概估计。

用上边大家的方式，最上边那一个小方格是那样的，最上边2个小方格是那样的，最上边三个小方格是那样的，依次类推，直至包含到最下边的那一个小方格……

左侧便是每一层的数值，再依照大家上边提升d进而减少受力的构思，我将最下边的d从1扩大到7.6，相对的受力从2470变成2470乘1除7.6相当于325。一样的构思，每一层都做一样的解决，让每一层的受力都变成325。例如，原来左侧受力1196的那一层，宽度变成3.68，受力变成1196乘1除3.68相当于325；原来左侧受力364的那一层，宽度变成1.12，受力变成364乘1除1.12相当于325。

最终，大家把大家获得的图型跟具体的埃菲尔铁塔比照一下，如何？大部分就是这个样子哦。自然，還是有差别的，由于风载荷尽管是核心载荷，但也是有其他要素。另外，大家获得的图型看起来有点儿胖矮，让一些预制构件受力大一些，可是让总体看起来雅致漂亮，这全是能够接纳的。

它是当初埃菲尔公司的一张手稿，尽管看起来更为繁杂和详尽，但理论依据和大家这一简单化的剖析是一样的。

假如给你兴趣爱好自身试一下得话，能够尝试偷点懒，终究，摁计算方式挺累的，还非常容易摁错。能够尝试用MathCAD或是Excel，省时省力，技术工程师家居旅游之必不可少武器。

例如我眼中的自己的MathCAD测算全过程。

尽管，如今看上去，那样的剖析平常。如同牛顿三基本定律在大家今日来看如同基本常识一般，但在它出現的时代，确是不凡的造就。在埃菲尔铁塔以前，基本上全部的总体设计全是凭工作经验拍脑袋，埃菲尔铁塔是人们第一批用有根有据、详细详实的数学分析来进行总体设计的建筑项目之一。从这一刻起，结构从老师傅带徒的手工业者迈进了拥有 牢靠五格数理基本的工程项目科学研究新时期。

诸位朋友又要问了，即然可以用提升宽度的方式来减少柱子的受力，那为何如今的多层建筑全是直筒型矩形框呢？干什么无需这类方式呢？由于土地价格确实是太价格昂贵了，宁愿花大钱，还要空出总面积。一样的底盘，自然是直筒型矩形框出的总面积多。你逐级内收，柱子受力倒是变小，出的总面积也小，这不是因小失大嘛。

假如你观查一下上海东方明珠、东京塔那样的广播电视塔，你能发觉，他们仍然再用这一对策。即便 是多层建筑，一样也是有选用这一对策的。FazlurKhan的名篇汉考克管理中心便是往上内收，而乔普拉教师的巨作《结构动力学》封面图上的泛美大厦也是一个事例。

坐落于旧金山的泛美金字塔，就选用了相近的对策，从上向下宽度慢慢增大。

那是否有背面事例呢？自然拥有。我又要再次黑建筑之神们了。尽管我是柯布教师的死忠粉，我都个人收藏着柯布教师合集，可是，做为一个结构设计师，我不得不承认，最底层空架鸡翅柱是个十分槽糕的设计方案。

在受力较大 的最底层，不但沒有增加宽度，反倒内收服2个鸡翅柱……这不科学啊！

返回埃菲尔铁塔这儿，埃菲尔铁塔是十九世纪铁构造时期的最终一抹余晖，在它以后，大家迈进了钢和混泥土的时期。但另外，埃菲尔铁塔也是一个时期的揭幕仪式人，它开辟了精准的的结构特征的新时期，它是结构行业不朽的里程碑式。

可能在那时候，明智的埃菲尔就早已预料到了他的铁塔会变成工程项目科学研究的永远的丰碑。他刻意在塔杆的第一服务平台刻着到了为工程项目科学研究做出巨大贡献的72位法国生物学家、一位数学家和技术工程师的姓名，这在其中包含拉格朗日、拉普拉斯、居维叶、拉瓦锡、安培、纳维叶、盖·吕萨克、柯西、菲涅尔、库仑、傅科、蒙日、泊松、傅立叶、拉扎尔·卡诺这些。

或许应对埃菲尔铁塔那样的美丽风景，脑中却在想它是风载荷轴力图的样子，挺煞风景的。可是，我坚信，美是真正的火苗。或许恰好是由于这种特性，才让埃菲尔铁塔这般的雅致而又美丽动人。

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